光纤传感器论文

光纤传感器概述近20年来，世界范围内用于光纤通讯和光纤传感器的资金正在不断增长。与传统传感器相比，光纤传感器有一些列独特的优点。它可以在强电磁干扰、高温高压、原子辐射、易爆、化学腐蚀等恶劣条件下使用，高灵敏度及低拐”卧勺优点使其用途广泛，例如能够纰成空间分布列阵及网络，应用于人体医学、城建监控、环境监测等方面。科学家已提出了四十多种测量对象的几百种光纤传感器同时也指出了乐观的市场前景。光纤传感器种类繁多，能以高分辨率测量许多物理参数，与传统的机电类传感器相比具有很多优势，如本质防爆、抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温、体积小、重量轻、灵方便等，因此其应用范围非常广泛，并且特别适于恶劣环境中的应用。光纤传感器的基本原理光纤是利用光的全反射原理来引导光波的。当光波在光纤中传输时，表征光波的特征参量振幅、相位、偏振态、波长等，会由于被测叁量温度、压力、加速度、电场、磁场等对光纤的作用而搜生变化，从而引起光波的强度、干涉效应、偏振面发生变化，使光波成为被调制的信号光，再经过光探测器和解凋器从而获得被测参量的参数。光纤传感器可以按传感原理分为两类，一类称为功能型传感器，它的光纤对被测信号兼有敏感和传输的作用，即它具有传与感台的特点。另一类称为非功能型传感器，它的光纤仅起传输的作用，而对被测信号的感觉则是利用其他光学敏感元件来完成的。光纤传感器还可以按光波在光纤中被调制的原理分为光强调制型、相位调制型、偏振态凋制型和波长调制型等几种形式。下面介绍这几种光纤传感器的应用原理及其基本特点。传光型光纤传感器原理传光型光纤传感器也称非功能型光纤传感器或强度调制型光纤传感器。光纤主要起传输光波的作用，在光纤中间或端部加敏感元件。其主要由光源光纤、光调制器、敏感元件、光电探测器和检测电路等组成。传光型光纤传感器主要是强度调制型光纤传感器。其基本原理是待测物理量引起光纤中传输光的光强I变化，通过检测光强I的变化来实现对待测物理量的测量。强度调制的特点是简单、可靠、经济、强度调制方式很多，主要有反射式强度调制和透射式强度调制。反射式强度调制原理图设输入光纤输出的光强为则输出光纤接收的光强I为式中，R为输入光纤纤芯半径，D是移动反射器的反射面到输入（输出）光纤端面的距离，是输入光纤的最大出射角，为移动反射器的反射率，为光源种类及光源与光纤耦合情况有关的调制参数。移动反射器改变，就可以改变输出光纤接收光强I的大小。透射式强度调制型光纤传感器图2中，通过移动接收光纤方向改变D与Y来改变发送光纤与接收光纤端面重合面积的大小，就可以改变接收光纤接收光强I的大小。式中，为光源耦合入发送光纤中的光强，D为发送光纤端面至接收光纤端面间的距离，为光纤折射率分布的相关参数，阶跃型光纤。光纤传感器的应用20世纪90年代，占光纤传感器市场份额最大的是流水线控制、航空和医药的应用。近几年，人们也看到了光纤传感器在其他方面的增长，这归功于分布式传感器和多路技术的快速发展，如用于健康检查、化学与生物传感。传感器的小尺寸在医学应用中是非常有意义的，光纤光栅传感器是现今能够做到最小的传感器。光纤光栅传感器能够通过最小限度的侵害方式对人体组织功能进行内部测量，提供有关温度、压力和声波场的精确局部信息。光纤光栅传感器对人体组织的损害非常之小，足以避免对正常医疗过程的干扰。测量物理量和范围光纤光栅阵列温度传感器被设计用来测量超声波、温度和压力场，内部实地地研究病变组织的超声和热性质，传感器的分辨率为0，1，精度为02“C，测量范围为3060。C。另一个光纤光栅温度传感系统641被研制用来遥测核磁共振机中的实地温度，探头由四个光纤光栅组成，探头置于核磁共振机中的一个容器中，容器中的磁场约47T，用25M长的光纤连接探头和解调仪，系统的分辨率为01，精度为O5，测量范围为2560。光纤传感器的优缺点1高灵敏度例如目前用的MAD卜ZELLILDER光纤干涉仪能检测O1“RAD的相位差，若光源的波长为1弘M，相当于LO_14M光程差。即采用干涉型光纤传感器可测非常小的物理量。2抗电磁干扰一般电磁辐射频率比光波频率低的多，所以在光纤中传播的光不受一般电磁噪声的影响。3电绝缘性和化学稳定性光纤本身是一种化学性能稳定的高绝缘物质，且敏感元件可以做成电绝缘和电无源元件。因此光纤传感器不仅化学稳定性好，而且电绝缘性能也高。4良好的安全性光纤传感器的敏感元件是电无源的，故在生物体内测量时，不存在漏电和电击的危险，故近年来医用光纤传感器十分活跃。此外光纤损耗小、频带宽，具有高的数据传输率，并且具有几何形状灵活，易于远距离监控和